一种用于固定床绝热反应器的冷激混合装置的制作方法

本实用新型属于化工生产领域，具体涉及一种用于固定床绝热反应器的冷激混合装置。

背景技术：

固定床反应器又称填充床反应器，装填有固体催化剂或固体反应物用以实现多相反应过程的一种反应器，床层静止不动，流体通过床层进行反应，固定床反应器主要用于实现气固相催化反应，如氨合成塔、二氧化硫接触氧化器、烃类蒸汽转化炉等。

随着合成氨技术的不断发展，氨合成塔的型式也发生了很大的变化，向着单系列、大型化、节能型方向发展。其中，三层催化剂床层，一床层激冷、二床层层间换热轴向、径向型氨合成塔已经在国内许多合成氨装置应用范围较为广泛，其内件气体流程为：氨合成原料气从位于合成塔顶部的主要入口喷嘴进入合成塔，气体经内筒和压力壳之间的环行空隙间向下流过，对外筒进行换热冷却后，进入位于第三床中心的底部换热器与离开第三床的产品气加热进行换热升温，然后与旁路气混合后流经位于第二床中心换热器与离开第二床的产品气换热后继续换热升温，此温度由温控器控制床间换热器旁路导入冷激气来调节，原料气继续向上经位于第一床中心的管道流至内筒的上部。这时气体轴径向进入第一床层催化剂开始氨合成反应，与通过喷嘴进入合成塔的新鲜气冷激而冷却下来继续轴径向进入第二床层催化剂继续氨合成反应，然后进入二床间换热器换热降温后，轴径内穿过第三床层催化剂继续进行氨合成反应，最后气体在底部换热器进行换热冷却下来，经合成塔出口离开合成塔。

在实际的氨合成塔运行过程中，从二床中心换热器出来的换热升温后的氨反应原料气和由塔底送进的冷激气，通过不同的通道送至一床顶部空间内，通过设置的折流板进行冷激换热混合，由于冷热物料混合过程效果不理想，冷热物料未充分冷激换热混合，就进入一床催化剂床层进行氨合成发热反应，表现为一床催化剂床面同平面不同测温点存在15-100℃的温差，由于同平面温差过大，对整个系统的生产造成了严重的影响。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种结构简单，混合均匀，传热、传质效率高的用于固定床绝热反应器的冷激混合装置。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种用于固定床绝热反应器的冷激混合装置，包括中心管，与中心管同心的中心管夹套，中心管顶部的端盖封头，所述中心管夹套设于中心管外侧，其特征在于，所述中心管中上方的径向设有四组布气管，所述四组布气管位于同一个平面且与中心管的中心轴相垂直，相邻各组布气管之间的夹角相同，每组布气管穿过中心管夹套与中心管贯通，中心管夹套外侧的每组布气管的上半部分的管壁上均设有若干布气异径喷孔。

进一步地，所述布气异径喷孔为倒梯形形状的布气异径喷孔，且每个倒梯形形状的布气异径喷孔的两个侧边延长线的夹角为15～120°。布气异径喷孔为倒梯形喷孔，实现了15～120°扇形多维角度度喷射，实现冷合成氨原料气充分均匀分散到混合流道整个流通界面上，形成良好的主体扩散，与向上流向的热合成氨原料气有效湍动、传热混合。

进一步地，所述布气异径喷孔在布气管管壁上沿纵向和环向均匀分布。纵向分布的布气异径喷孔与布气管中心轴平行布置；环向分布的布气异径喷孔沿布气管上半圆环向均匀布置。纵向喷孔可强化同向喷射流混合，一元物流卷吸另一元物流并与之换热混合；环向多维喷孔布置可强化环向多维度喷射流混合，形成很好的主体扩散，通过二元物流充分均匀的碰撞和卷吸，实现均匀换热混合的过程。

进一步地，所述布气异径喷孔纵向分布的孔径规格一致，环向分布的孔径为上半圆顶部孔径最大，沿着半圆弧向下依次减小孔径。大部分冷合成氨原料气主气从布气管顶部沿热合成氨原料气流向一致的方向高速均匀分布，加快喷射流通过速度，实现快速冷激换热混合。

将本冷激混合装置应用于原氨合成塔的改造时，之前冷激换热混合使用的折流板可以继续保留，起强化混合的效果。

当本冷激混合装置应用于原氨合成塔的改造时，本发明装置只需进行三道环焊缝作业可与待改造合成塔进行组装，三道环焊缝为：本装置中心管夹套管上端与合成塔上段中心管夹套管环焊缝；本装置中心管夹套管下端与合成塔下段中心管夹套管环焊缝；本装置中心管与合成氨塔下段中心管环焊缝。

当本冷激混合装置应用于原氨合成塔的改造时，基于利用待改造合成塔热合成氨原料气流通通道作为混合段及混合延长直管段的考虑，可将本发明装置布气管及喷孔安置在热合成氨原料气流通通道下管口至上管口适当高度位置。

上述冷激混合装置的技术方案是：进入氨合成塔的氨合成原料气经内筒和压力壳之间的环行空隙、第三床中心的底部换热器和第二床中心换热器完成换热升温后，相比较由氨合成塔中心管底部进入的冷合成氨原料气存在一定的压力差，本装置使用该压力差作为冷热二元物料快速混合冷激的驱动力，首先将来自合成塔底部由中心管向上输送的冷合成氨原料气通过本装置中心管中相连通的四组同平面圆周分布的布气管导流至中心夹套管外侧高温合成氨原料气通道侧，在上述的压力差驱动力的作用下，以较快的流速快速通过本装置的倒梯形异径喷孔，在同向喷射流作用和环向15-120°多维角度喷射流作用下，在高温合成氨原料气有限流通通道内，产生高度的湍动、卷吸和涡量，从而实现冷、热合成氨原料气很好的混合冷激效果。

本实用新型的有益效果是：本冷激混合装置使待混合二元物流进行强制同向喷射流和环向15-120°多维角度喷射流共同作用下完成冷激换热混合，强化二元物流在较小混合通道中的湍动、卷吸和掺混效果，使冷热二元物流混合均匀，传热、传质效率高，压降和能量消耗非常低，可连续操作。本装置结构简单紧凑，无传动部件、长周期运行免维护，设备尺寸可以根据不同装置大小进行比例缩放。

附图说明

图1是本实用新型一种用于固定床绝热反应器的冷激混合装置的结构示意图。

图2是本实用新型一种用于固定床绝热反应器的冷激混合装置的俯视图。

图3是本实用新型具体实施例简图。本装置沿纵向中轴线左右对称，本图为装置左侧过程，右侧内容相对应，故省略。

图中：1.中心管；2.中心管夹套；3.中心管顶部的端盖封头；4.布气管；5. 布气异径喷孔；6：待改造合成氨塔中心管；7：热合成氨原料气流通通道；8：封闭原中心管流道的端盖；9：折流板；X：冷合成氨原料气；Z：热合成氨原料气。

具体实施方式

下面将结合附图及实施例对本实用新型所述的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1，如2所示，一种用于固定床绝热反应器的冷激混合装置，包括中心管1，与中心管同心的中心管夹套2，中心管顶部的端盖封头3，所述中心管夹套设于中心管外侧，所述中心管中上方的径向设有四组布气管4，所述四组布气管4位于同一个平面且与中心管1的中心轴相垂直，相邻各组布气管4之间的夹角相同，每组布气管4穿过中心管夹套2与中心管1贯通，中心管夹套外侧的每组布气管的上半部分的管壁上均设有若干布气异径喷孔5。如图1中I处的局部放大图，所述布气异径喷孔5为倒梯形形状的布气异径喷孔，且每个倒梯形形状的布气异径喷孔的两个侧边延长线的夹角α为15～120°。

首先将来自合成塔底部向上输送的物流X通过本装置中心管1中相连通的四组同平面圆周分布的布气管4导流至中心管夹套2外侧热合成氨原料气流通通道7，在压力差驱动力的作用下，物流X以较快的流速快速通过本装置布气管4上均布的布气异径喷孔5，由于布气异径喷孔5布置是沿纵向和环向15-120°多维角度布置，物流X通过布气异径喷孔5时分别沿直线和弧线进行多维度、均匀快速喷射发散分布，纵向喷孔可强化同向喷射流混合，物流X卷吸物流Z并与之换热混合，环向多维喷孔布置强化环向多维度喷射流混合，形成很好的主体扩散，通过物流X、物流Z在通道7内高度的湍动、卷吸和碰撞，实现很好的均匀混合冷激的效果。应用本发明装置后，保留通道7设置，除了起到输送高温合成氨原料气作用外，兼具有冷气混合作用和混合导向的作用，混合冷激后的物流X、物流Z送至一床催化剂顶部，利用折流板9，继续强化混合流湍动效果，然后温度均匀地轴向、径向进入一床催化剂床层进行氨合成反应。